利用籼稻资源中的“隐蔽有利基因”提高粳稻苗期耐冷性

苗期低温是制约东北水稻生产的一个重要逆境因子,培育苗期耐低温的水稻品种是解决这一问题最有效的途径之一。以粳型恢复系C418为轮回亲本与7个来自不同地域的供体杂交和回交培育BC₂F₂群体，利用沈阳春季田间自然低温进行耐冷筛选，并对入选的177个苗期耐冷导入系后代在自然和人工气候室两种不同强度的低温胁迫条件下的苗期表现进行评价。结果表明，虽然供体亲本均为苗期耐冷性弱的品种，但在全部回交后代中均出现耐冷的超亲分离，表明这些供体亲本均携带对耐冷性有利的“隐蔽基因”, 不过组合间的耐冷性选择效率存在较大差异。以人工气候室低温胁迫后的存活率为耐冷性鉴定指标，导入系之间出现广泛分离，田间筛选入选比例高的BG300和中413导入系群体中出现存活率高的导入系后代比例较其它群体高，说明在同一轮回亲本遗传背景下回交后代的耐冷水平取决于供体。在室内严格低温条件下表现为强耐冷性的导入系在相对温和的自然低温胁迫下表现为苗高、苗干重较非胁迫条件生长抑制不明显，且能够促进根系生长。结果表明，大量的耐冷有利基因以“隐蔽”的形式存于水稻种质资源中。通过利用来源广泛的种质资源作为供体进行回交育种，对回交后代进行严格耐冷筛选，可有效选育高产耐冷水稻品种和有价值的育种材料。     

多样性国际稻种四个生长发育时期的耐冷性及其与籼粳性的关系

水稻整个生长时期都可能有低温冷害的发生。低温冷害是水稻获得稳产、高产的主要限制因素之一。鉴定耐冷资源、开展耐冷性育种是减少水稻冷害损失最有效的途径。为了找到优良的水稻耐冷资源,并分析水稻不同发育时期耐冷性之间的关系,以及耐冷性与籼粳性的关系,本研究以来自11个国家、多样性丰富的34份水稻品种为材料,分别在发芽期、芽期、苗期和开花期进行耐冷性鉴定,并应用对籼粳性有专一鉴别性的分子标记对测试品种的籼粳性进行量化,考察水稻籼粳性分化与不同生长发育期耐冷性的关系。研究结果表明,在发芽期有3个品种的低温相对发芽率在85.0%以上,芽期有4个品种冷处理后的存活率超过90.0%,苗期有3个品种冷处理后的存活率超过75.0%,穗期有4个品种耐冷指数高于0.55,没有品种在4个时期均有强的耐冷性。对这些材料4个时期耐冷性的相关分析显示,芽期和苗期的耐冷性呈显著正相关,决定系数为0.28;其它生长时期的耐冷性相互之间的相关性不显著。在测试品种中,籼粳性专一的分子标记所决定的籼性度与芽期和苗期的耐冷性呈显著负相关。研究结果揭示了水稻不同生长发育时期有不同的耐冷遗传基础,并为水稻耐冷种质的筛选以及耐冷性育种策略的制定提供了科学的依据。     

磷营养对水稻不同耐冷品种光合特性的影响

以不同磷水平的营养液培养水稻幼苗，比较研究了低温处理后耐冷性不同品种光合特性的变化。低温下2个品种的水稻叶片的叶绿素含量、光合速率、F_v/F_m和qp均降低，冷敏感品种比耐冷品种的降低幅度更大。与缺磷和正常磷水平培养的材料相比，高磷培养的材料在低温下具有较高的叶绿素含量、光合速率、F_v/F_m和qp；缺磷培养的材料在低温下叶绿素含量、光合速率、F_v/F_m和qp下降加剧，耐冷品种的NPQ升高，但冷敏感品种的NPQ变化不大。磷营养水平对冷敏感品种光合作用的影响比对耐冷品种更明显，通过体外施磷，可以提高水稻的耐冷性。     

水稻核心种质资源的苗期耐冷性鉴定与评价

苗期冷害是一种影响水稻群体建成和生长发育的延迟性冷害,最终导致水稻减产。筛选苗期耐冷性强的种质资源可以为水稻耐冷育种提供亲本资源。本研究采用3000份全球水稻核心种质资源中的1542份在人工气候箱进行苗期耐冷鉴定及评价,以存活率为评价指标。发现种质资源苗期耐冷性变异非常丰富,筛选出存活率80%以上的苗期耐冷资源材料73份,其中籼稻9份,温带粳稻47份,热带粳稻4份,粳稻混合型8份,籼粳中间型和香稻类型各1份,籼粳混合型3份,XI-B、XI-2和亚热带粳稻中未筛选到苗期耐冷材料。耐冷材料主要集中在温带粳稻中,但亦有部分籼稻材料表现出较强的耐冷性。多数苗期耐冷资源材料的综合农艺性状较差,结合株高、生育期性状等筛选出14份半矮秆和生育期适中的强耐冷性材料,可作为水稻苗期耐冷育种亲本应用。对利用种质资源开展苗期耐冷基因挖掘和选育全生育期耐冷品种进行了讨论。本研究初步阐明了水稻耐冷种质资源的分布,为水稻耐冷育种提供了优异的供体亲本材料。     

水稻芽期耐冷性与其他耐冷性状的相关关系

以籼粳交“密阳23/吉冷1号”的F3系统群为试材，探讨了水稻芽期耐冷性遗传变异以及与其他耐冷性状的相关关系。结果表明，F3系统群的芽期耐冷性表现为近似正态的连续分布，是由多基因控制的数量性状。在自然低温或冷水处理下水稻幼苗生长能力、抽穗天数、穗抽出度、孕穗期耐冷性(低温下结实率)和成熟期综合耐冷性等性状均与芽     

宁夏水稻孕穗开花期耐冷性鉴定

利用冷水胁迫和自然低温对宁夏29份水稻进行孕穗开花期耐冷性鉴定,结果表明:自然低温鉴定结果更准确,适合宁夏水稻种质孕穗开花期耐冷性鉴定.参试材料中宁粳12、宁粳23、宁粳35、宁粳28、宁粳16、宁粳41、宁粳36和富源四号孕穗开花期耐冷性强,可作为耐冷育种重点材料.     

水稻孕穗期耐冷性QTLs分析

本研究以籼粳交“密阳23/吉冷1号”的F2∶3 代200个家系为作图群体，在韩国春川进行冷水胁迫下水稻耐冷性鉴定，并以利用SSR标记构建的分子连锁图谱为基础，对水稻孕穗期耐冷性及其相对耐冷性进行数量性状位点（QTLs）分析。研究结果，在第1、2、4、11和12染色体上检测到与孕穗期耐冷性相关的QTL各1个，对表型变异的解释率为5     

利用籼粳交RIL群体对水稻发芽期和苗期耐冷性的QTL分析

为定位水稻发芽期和苗期耐冷性的QTL,鉴定新的耐冷基因位点,丰富水稻耐冷性的分子遗传基础。以籼型杂交稻恢复系品种泸恢99(Luhui 99,R99)和粳型超级稻品种沈农265(Shennong 265,SN265)杂交衍生的144个F8稳定遗传的重组自交系群体(Recombinant inbred lines,RILs)为试验材料,以低温条件下水稻种子发芽率和苗期叶片赤枯度为耐冷性鉴定标准,采用QTL Ici Mapping v3. 0软件基于完备复合区间作图法,对水稻发芽期和苗期耐冷性进行QTL分析。共检测到2个控制发芽期耐冷性的QTL和1个控制苗期耐冷性QTL,分别位于第3,5,9染色体上,命名为q LTG-3、q LTG-5、q SCT-9,3个QTL的LOD值分别为3. 60,2. 73,2. 52,加性效应为0. 09,-0. 10,-0. 09,可解释表型变异的11. 02%,14. 07%,12. 18%。其中,检测到控制发芽期耐冷性的q LTG-5位于分子标记R5M13～RS8,遗传距离约8.0 c M,该区间未见相关水稻耐冷性QTL的报道,可能是一个新的控制水稻发芽期耐冷性的QTL位点。     

吉林省主栽水稻品种孕穗期耐冷性比较

为了对吉林省水稻品种进行合理布局,降低低温冷害风险,对目前吉林省主要水稻栽培品种孕穗期的耐冷性进行研究。选用目前吉林省的7个主栽水稻品种（‘长白9’,‘长白16’,‘吉粳803’,‘吉粳105’,‘吉粳88’,‘吉粳83’,‘吉粳81’）进行孕穗期16℃低温处理,通过线性内插法确定了低温处理6~14天连续9天的水稻空壳率,进一步利用统计回归方法建立了16℃低温处理下不同水稻品种处理天数与空壳率的相互关系。结果表明;所有参试品种在处理10~13天时水稻空壳率达到最高,随后无明显变化。其中耐冷性弱的‘长白19’的空壳率最早达到最大值,并且冷水反应比较敏感。耐冷性最强的‘吉粳81’,冷水反应比较迟钝。其余的品种介于二者之间。因此,品种间耐低温能力存在显著差异,选育耐低温品种是提高水稻耐冷性的一种有效途径。     

直播早籼稻品种芽期耐冷性鉴定研究

低温胁迫是水稻生产面临的重要非生物胁迫之一,鉴定水稻种质资源芽期耐冷性,筛选耐冷品种对水稻生产具有重要意义。以江西地区主推的33份早籼杂交稻品种和8份常规稻为试验材料,设置12个芽期低温胁迫处理,以死苗率为指标探讨了早籼稻芽期耐冷性的适宜鉴定方法。同时在8℃低温处理10d,恢复生长后调查其成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比。运用主成分分析、模糊隶属函数法和聚类分析法来探讨直播早稻芽期的耐冷性评价方法及筛选耐冷品种。结果表明,8℃低温处理10d,直播早籼稻品种死苗率的方差和变异幅度大,能较好地鉴别品种间耐冷性差异,是直播早籼稻芽期耐冷性鉴定的最合理方式;杂交稻品种的耐冷性强于常规稻;低温胁迫后成苗率、苗高、根长、根数、地上部生物量、根系生物量和根冠比基本低于25℃对照处理;利用主成分分析将7个单项指标转化为3个独立的综合指标（CI₁、CI₂、CI₃）,主成分分析表明,根系生物量和地上部生物量最能代表直播早籼稻对低温胁迫后的响应情况,可作为芽期耐冷性鉴定的评价指标。通过聚类分析,将41份早籼稻品种划分为3类,筛选出陵两优7108、两优287、锦两优816等9份强耐冷品种,株两优1号、潭两优83、株两优22等15份中度耐冷品种,温229、中早33、五丰优157等17份冷敏感品种。这些品种可以进一步为耐冷育种和生产服务。     

高温胁迫对水稻灌浆结实期叶绿素荧光、抗活性氧活力和稻米品质的影响

选用西农优30和富优1号两个水稻品种, 在灌浆结实期利用人工气候室进行高温处理, 测定叶绿素含量、叶绿素荧光参数、抗活性氧活力的动态及成熟稻米的营养品质。结果表明, 高温胁迫下水稻叶片叶绿素含量降低, 叶绿素荧光参数初始荧光(F_o)明显上升, PS II的潜在活性(F_v/F_o)和PS II的最大光能转化效率(F_v/F_m)均低于对照, 呈下降趋势; 灌浆结实后期F_v/F_o和F_v/F_m的下降速率最快; 灌浆结实后期抗氧化活力低于对照。同时, 高温胁迫下的成熟稻米总淀粉及直链淀粉含量降低, 蛋白质含量升高, 垩白度上升而千粒重下降。高温胁迫下光合作用的原初反应被抑制, 抗活性氧活力降低, 水稻叶片功能期缩短, 可能是稻米品质降低的重要原因。     

Evaluation of seedling cold tolerance in rice cultivars: a comparison of visual ratings and quantitative indicators of physiological changes

Rice (Oryza sativa L.) is sensitive to prolonged exposure to low temperature, which at the seedling stage can result in significant chilling injury and mortality. The objective of this study was to quantify physiological and biochemical changes in rice seedlings undergoing chilling stress and compare those changes with visual evaluation of tolerance. Seedlings from the cultivars M-202 (tolerant) and IR50 (sensitive) were subjected to 9°C for 14 days in a controlled environment chamber. Leaf tissues were harvested at various time points for determination of electrolyte leakage, proline, malondialdehyde, ascorbic acid and reduced glutathione. Significant differences between M-202 and IR50 were detected in electrolyte leakage, proline, and ascorbic acid starting at 7 days with IR50 exhibiting higher levels of these indicators. Most IR50 seedlings were dead at 14 days. A set of fifty rice accessions including M-202 and IR50 was evaluated at 10 days of cold treatment to examine the correlation of visual ratings with the physiological indices. Visual ratings were most highly correlated with electrolyte leakage and least correlated with proline content. Based on visual ratings and the physiological indices, we identified several cultivars that outperformed M-202 in cold tolerance while IR50 had the lowest tolerance of the cultivars tested.     

不同水稻品种对褐飞虱的耐虫特性研究

褐飞虱是中国水稻生产上最主要的害虫之一,以褐飞虱的耐虫性指数和抗生性指数以及F₁代种群繁殖率评价10个水稻品种耐虫特性。结果显示,在水稻三叶期接入8头褐飞虱低龄(1~2龄)若虫为害时,品种间的耐虫性差异明显,汕优63、秀水11、培矮64S/32E、Triveni、Utri Rajapan、嘉育948、ASD7等品种的耐虫指数大于抗生性指数,尤其是汕优63品种;而IR64、Rathu Heenati品种的耐虫指数明显小于抗生性指数。若用高龄(3~4龄)若虫为害,多数品种的耐虫指数上升。同一品种,成株期的耐虫指数高于苗期。试验进一步表明,当TN1、秀水11稻株枯死时,汕优63、培矮64S/E32、嘉育948、Triveni、Utri Rajapan中等受害,ASD7和IR64轻度受害,Rathu Heenati无受害症状。从褐飞虱F₁代数量来看,汕优63、培矮64S/E32与秀水11、TN1无显著差异,且均高于其他品种;嘉育948、Triveni、Utri Rajapan显著高于ASD7,后者又极显著高于IR64和Rathu Heenati。这些结果表明,汕优63、秀水11、TN1属感虫品种,无耐虫性和抗生性,培矮64S/E32、Triveni、Utri Rajapan属强耐虫性品种,IR64、Rathu Heenati属强抗生性品种,ASD7、嘉育948属耐虫性较强、抗生性较弱的品种。说明利用本文的评价方法基本上可以确定水稻品种的耐虫特性,这对耐虫品种的选育以及对褐飞虱可持续治理和保持品种抗性的稳定有着重要的现实意义。     

高粱耐冷种质的鉴定及利用评价

为了满足高粱育种对耐冷基础材料的需求,解决高粱播后遇低温造成幼芽受冻、幼苗萎焉进而影响高粱产量的问题,对238份高粱种质资源进行了高粱芽期、苗期耐冷性鉴定与评价,从中筛选出芽期耐冷种质15份,苗期耐冷种质11份。印度材料IS-2867和中国育成种TC1383-2、E671在芽期、苗期均为耐冷一级抗性,其中TC1383-2是中国高粱育种常用的恢复系,其耐冷特性对于耐冷品种的选育具有利用价值。结果表明,地方品种、育成种和国外品种的耐冷性存在差异,无论芽期还是苗期,在中国地方品种中都有较高比例的耐冷资源,说明在中国地方品种中挖掘耐冷种质的潜力较大。     

水稻披垂叶突变体及其杂交后代耐冷性的鉴定与评价

在云南高海拔冷凉自然条件下对两个粳型水稻披垂叶突变体品系（MR304、MR312）及其与常规品种的杂交后代（F1、F2）进行了苗期耐冷性鉴定，在抽穗期对突变体及其杂交后代的花粉育性类型进行了分析，并在成熟期进行了相关经济学性状和生物学性状的考察。结果表明，在苗期的耐冷性鉴定中，突变体及杂交亲本均为抗型(R)；杂交后代F1中南40/MR312、滇粳优5号/MR304、Ansanbyeo/MR304为中抗型（MR），滇粳优5号/MR312为感型（S），其余均为抗型（R）。抽穗期亲本银光花粉可育率最高，为88.9%；杂交后代F1组合中只有银光/MR304的花粉可育率最高，为94.5%，超过对照（92.5%），组合Ansanbyeo/MR304的花粉可育率最低。亲本银光的结实率超过对照（70.9%），达到82.4%，突变体MR304、MR312的结实率低，分别为26.2%和5.0%；F1中两组合（银光/MR304、银光/MR312）的结实率均超过对照或亲本。该研究揭示了利用水稻披垂叶突变体产生的F1杂种优势可以增强杂交稻在高海拔冷凉条件下的耐冷性优势；抽穗期的花粉育性大小是鉴定杂交后代（F1）植株耐冷性强弱的重要指标。     

甜菜碱浸种对棉苗耐盐性的影响

选用目前生产上主推的抗虫棉品种99B和鲁棉研28, 用400 mg mL^-1甜菜碱浸种, 及用含或不含0.4% NaCl的Hoagland营养液盆栽培养, 以研究其对棉花幼苗生理特性的影响。结果表明, 无论在盐胁迫还是非盐胁迫条件下, 甜菜碱浸种对棉花幼苗生理特性均有显著影响, 可促进棉花苗期叶片叶绿素合成, 降低叶绿素的a/b值, 增加叶绿素荧光动力学参数F_v/F_m、F_v/F_o、光合电子传递速率(ETR)和光系统Ⅱ的实际量子效率(Φ_PSⅡ)值, 从而提高棉花苗期叶片的光合能力; 并提高棉花苗期叶片和茎秆可溶性糖含量及叶片脯氨酸含量, 降低棉花苗期子叶相对电导率, 提高棉花苗期渗透调节能力, 缓解盐胁迫伤害; 同时还增强棉苗子叶硝酸还原酶活性, 促进棉苗氮素代谢。两种品种对甜菜碱的反应趋势一致, 但99B比鲁棉研28更敏感一些。     

烟草耐冷性的苗期鉴定新方法

针对中国早春季节烟草移栽后低温逆境频繁发生,易致幼苗前期生长缓慢、出现早花,并严重引起烟叶产量和品质的波动等问题,笔者提出了一种新的烟草耐冷性的苗期鉴定方法,用于烟草低温敏感性的评价及耐冷烟草资源材料的筛选与鉴定。通过漂浮育苗3~4叶期幼苗假植至花盆、6~8叶期常温驯化2~3天、6℃~8℃持续低温胁迫7天及随后常温恢复生长10天的处理程序,根据幼苗在低温胁迫处理下的形态反应特征和常温恢复生长情况进行综合评价,将耐冷程度分为低温敏感、较耐冷和耐冷3种类型。对包括烤烟、晒烟和野生种的36份烟草资源材料进行苗期耐冷性鉴定,持续低温处理6天对植株幼叶形态的危害程度可以直观地分为4种类型,随后的常温恢复生长过程也能将不同材料的表现简单地分成3种类型,依据这些材料在低温胁迫及随后的常温恢复过程中的形态表现类型,共筛选出5份耐冷、7份较耐冷的资源材料。     

杂交稻幼苗期对低温胁迫的生理反应

研究了常规低温敏感型杂交稻汕优63和超高产杂交稻两优培九幼苗期对低温胁迫的抗性，处理低温为10℃，以常温25℃处理为对照。结果表明，随低温处理时间的延长，水稻幼苗叶片叶绿素含量逐渐下降、类囊体膜PSⅠ、PSⅡ活性明显下降，类囊体膜的室温吸收光谱、发射光谱也明显下降。低温使两优培九的O₂^．- 产生速率和MDA含量下降，而汕优63却出现相反的结果；同时，SOD的活性与对照相比两品种都有所提高，而CAT活性则是两优培九高于对照，汕优63低于对照。这些指标的变化幅度都是汕优63较明显。低温处理后，两品种的可溶性蛋白含量都上升，但两优培九增幅较汕优63高。SDS-PAGE表明低温处理后，可溶性蛋白条带增多，但类囊体膜蛋白条带没有明显的增加。对照组中，除了PSⅠ和PSⅡ活性外，其余各项指标都是汕优63较两优培九高，意味着幼苗期的两优培九光合功能虽不如汕优63高，但其对低温的抗性较汕优63强。